1. 系統(tǒng)概述
1.1. 系統(tǒng)背景
隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人與人之間的日常交往日趨頻繁，人們的工作生活方式越來越多樣，日常行為越來越豐富，而對(duì)于一些與人們?nèi)粘９ぷ魃蠲芮邢嚓P(guān)的場(chǎng)所或者人員聚集較多的公共場(chǎng)地，如煤礦、市政單位、醫(yī)院、學(xué)校、監(jiān)獄等等，每天必須面對(duì)大量的人員服務(wù)工作，如敬老院老人的照顧、醫(yī)院嬰兒的管理、煤礦井下作業(yè)人員安全、監(jiān)獄中犯人管理等等。由于人們的行為往往存在不可預(yù)知和不可控的因素，一旦發(fā)生特別事件，如果得不到及時(shí)的應(yīng)對(duì)和處理，就有可能造成嚴(yán)重的后果，成為當(dāng)前社會(huì)的焦點(diǎn)，對(duì)社會(huì)造成不良影響。
1.2. 現(xiàn)狀與分析
人員管理從早期的簡(jiǎn)單的考勤管理，到門禁出入管理，再到后來的人員定位跟蹤管理，其管理的方式和理念呈現(xiàn)出不斷深化和復(fù)雜的發(fā)展趨勢(shì)，技術(shù)手段也從最初的人員考勤打卡，到門禁刷卡出入，發(fā)展到后來的非接觸式的RFID射頻識(shí)別。當(dāng)前，很多公共場(chǎng)所對(duì)人員管理的手段僅僅是通過人員進(jìn)出登記，或者刷門禁卡出入來實(shí)現(xiàn)的，該手段雖然可以嚴(yán)格記錄人員的出入，但是對(duì)于人員的內(nèi)部行為狀況卻無法了解，無法對(duì)區(qū)域人員的行為做出預(yù)見和判斷，一旦有特別事件發(fā)生不能及時(shí)掌握，更談不上預(yù)防。而純粹的RFID技術(shù)，又礙于其高昂的投入成本，讓眾多管理者望而卻步。
面對(duì)越來越復(fù)雜的人員管理和非常有限的資金投入，人們希望有一套低成本而高效率的管理方法，如何利用科學(xué)技術(shù)來提高區(qū)域人員管理的方式和效率，已經(jīng)成為擺在眾多系統(tǒng)集成專家面前的一道課題。無線通信和低功耗嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展，孕育出無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks, WSN)，并以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，得到眾多系統(tǒng)開發(fā)商的青睞，隨著WSN的逐漸應(yīng)用，其在人員管理上的優(yōu)勢(shì)不斷顯現(xiàn)出來。本文將介紹基于RFID和WSN的人員管理應(yīng)用方案。
2. 技術(shù)介紹
2.1. RFID技術(shù)
RFID射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無需人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。RFID系統(tǒng)主要由讀寫器、天線和標(biāo)簽三部分組成，其具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
1）非接觸性識(shí)別；
2）物體標(biāo)識(shí)性：標(biāo)簽具有唯一的ID號(hào)，實(shí)現(xiàn)物體唯一標(biāo)識(shí)性；
3）識(shí)別距離遠(yuǎn)：采用不同的RFID頻段技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)0~1000m不同的距離要求，適用于不同的場(chǎng)合；
4）防沖突性：一次性可識(shí)別大量標(biāo)簽；
5）抗干擾能力強(qiáng)：RFID無線識(shí)別可用于惡劣的環(huán)境下，且可正常工作。
2.2. WSN技術(shù)
WSN即無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，是通過部署在特定區(qū)域內(nèi)的大量的微型傳感器，利用其組織構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)、感知和采集節(jié)點(diǎn)部署區(qū)的觀察者感興趣的感知對(duì)象的各種信息（如光強(qiáng)、溫度、濕度、噪音和有害氣體濃度等物理現(xiàn)象），并對(duì)些信息進(jìn)行處理后以無線方式發(fā)送給后臺(tái)系統(tǒng)。
WSN具有以下特性：
數(shù)據(jù)采集性：通過傳感器采集資產(chǎn)運(yùn)行或環(huán)境狀態(tài)信息等；
自組織網(wǎng)絡(luò)：節(jié)點(diǎn)具有自動(dòng)組網(wǎng)的功能，節(jié)點(diǎn)間能夠相互通信，協(xié)調(diào)工作；
網(wǎng)絡(luò)建立時(shí)間短、網(wǎng)絡(luò)自組織、網(wǎng)絡(luò)自恢復(fù)等功能；
成本低，采用無線網(wǎng)絡(luò)可減少布線及人工成本；
通信距離遠(yuǎn)；
功耗低，節(jié)點(diǎn)可直接采用紐扣電池供電。
2.3. RFID和WSN融合
RFID實(shí)現(xiàn)對(duì)物的標(biāo)識(shí)及物的信息采集，WSN實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集及傳輸，將RFID與WSN的兩者融合后便可巧妙地實(shí)現(xiàn)物的標(biāo)識(shí)、物信息的采集、傳輸與定位。
圖1：無線傳感網(wǎng)連接圖
3. 系統(tǒng)介紹
3.1. 系統(tǒng)工作原理
信息采集
將某區(qū)域人員的基本信息入錄到數(shù)據(jù)庫，每個(gè)人帶上一個(gè)存有與自己相對(duì)應(yīng)ID號(hào)的電子標(biāo)簽(以下簡(jiǎn)稱標(biāo)簽）在規(guī)定的區(qū)域內(nèi)活動(dòng)，安裝在區(qū)域內(nèi)的定位器就通過識(shí)別到標(biāo)簽的ID信息來判斷人員所處位置。
數(shù)據(jù)傳輸
RFID標(biāo)簽、中繼器、數(shù)據(jù)中心構(gòu)成一個(gè)無線的傳輸網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)中繼器獲取到標(biāo)簽的數(shù)據(jù)時(shí)，通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，通過網(wǎng)口或者其他接口上傳至中央數(shù)據(jù)控制中心。
人員定位
系統(tǒng)將中繼器作為人員定位器，定位器采集標(biāo)簽的ID號(hào)以及RSSI值，將采集到數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心根據(jù)得到的RSSI值，計(jì)算出標(biāo)簽所處的坐標(biāo)位置，并將處理的結(jié)果上傳至中央數(shù)據(jù)控制中心，控制中心可以根據(jù)在電子地圖顯示相應(yīng)的位置。
定位方式采用三點(diǎn)定位，即結(jié)合三個(gè)定位器綜合信息實(shí)現(xiàn)定位。
3.2. 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖
圖2：系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖
3.3. 人員定位示意圖
圖3：人員定位示意圖
3.4. 系統(tǒng)功能模塊
圖4：系統(tǒng)功能框圖
4. 系統(tǒng)功能介紹
4.1. 人員信息初始化
每個(gè)人帶上一個(gè)存有與自己相對(duì)應(yīng)ID號(hào)的電子標(biāo)簽，系統(tǒng)將該電子標(biāo)簽的ID號(hào)與人員的詳細(xì)信息進(jìn)行綁定，如：人員的姓名、年齡、性別等等。
4.2. 人員信息管理
人員位置定位
人員位置的定位是基于無線傳感網(wǎng)中信號(hào)強(qiáng)度測(cè)距法來實(shí)現(xiàn)的，其中測(cè)試點(diǎn)采用三點(diǎn)定位模式。定位器讀取到相關(guān)ID后，將ID對(duì)應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)度（RSSI）和ID發(fā)送給數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心根據(jù)接收到的RSSI，計(jì)算出該ID所處的位置，同時(shí)在電子地圖上進(jìn)行顯示。
人員軌跡跟蹤
電子標(biāo)簽ID被定位器識(shí)別后，傳入數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心保存ID每次的獲取記錄，并與系統(tǒng)時(shí)間保持同步，通過調(diào)取相關(guān)ID的識(shí)別記錄，可以判斷出人員的運(yùn)動(dòng)軌跡，在電子地圖，該標(biāo)簽每次上傳數(shù)據(jù)所處的位置能夠清晰的顯示出來，從而了解人員的運(yùn)動(dòng)軌跡。
4.3. 非常規(guī)事件報(bào)警
標(biāo)簽破壞報(bào)警
電子標(biāo)簽具有防拆功能，當(dāng)電子標(biāo)簽被帶上后，必須經(jīng)過管理人員的授權(quán)操作，才能取下，否則任何的擅自取下，或者強(qiáng)行破壞都會(huì)使的標(biāo)簽不斷的向系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
限制區(qū)域報(bào)警
在限制區(qū)域附近安裝有定位器，當(dāng)定位器捕獲到電子標(biāo)簽的ID，系統(tǒng)立即響應(yīng)報(bào)警，并在電子地圖上顯示其位置，同時(shí)信息欄中立即彈顯示該ID所對(duì)應(yīng)的人員信息。
其他報(bào)警
按照需求可以增加不同的報(bào)警。
4.4. 日常數(shù)據(jù)管理
4.4.1. 電子標(biāo)簽管理
標(biāo)簽發(fā)放
將指定的人員信息與標(biāo)簽ID號(hào)進(jìn)行綁定，在系統(tǒng)中顯示的標(biāo)簽就代表佩戴標(biāo)簽的人員；
標(biāo)簽分類
對(duì)不同崗位或者類型的人員將標(biāo)簽分為不同的種類，標(biāo)簽可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分組和分類；
標(biāo)簽報(bào)警設(shè)置
標(biāo)簽在佩戴上后，不可以隨意摘下，如果要摘下，必須經(jīng)過管理人員的授權(quán)操作，解除報(bào)警，同時(shí)管理人員還可以對(duì)不同的標(biāo)簽設(shè)置不同的報(bào)警條件。
4.4.2 數(shù)據(jù)信息管理
系統(tǒng)將每天的電子腕帶的讀取記錄進(jìn)行分類，保存，以備以后進(jìn)行查檢。對(duì)當(dāng)天出現(xiàn)的非常規(guī)事件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)定位器讀取ID的個(gè)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從而對(duì)人員的行為和分布做進(jìn)一步的分析。
4.5. 定位器狀態(tài)管理
定位器數(shù)據(jù)中心管理功能
系統(tǒng)可同時(shí)監(jiān)控上百個(gè)定位器的工作狀態(tài)，當(dāng)定位器網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)，會(huì)及時(shí)發(fā)送報(bào)警信息，在系統(tǒng)界面上數(shù)據(jù)傳輸中斷的定位器或者數(shù)據(jù)中心會(huì)出現(xiàn)異常的狀態(tài)顯示，從而快速應(yīng)對(duì)和處理；
用戶管理
可設(shè)定各種用戶權(quán)限，用戶登錄系統(tǒng)后根據(jù)自己的權(quán)限進(jìn)行操作和瀏覽相應(yīng)的內(nèi)容。
4.6. 系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)結(jié)合
在人員管理系統(tǒng)中，和還有其他子系統(tǒng)模塊：如視頻監(jiān)控系統(tǒng)、相關(guān)人員權(quán)限系統(tǒng)等等。各系統(tǒng)之間可通過后臺(tái)數(shù)據(jù)庫等進(jìn)行數(shù)據(jù)銜接和匹配等，從而形成一個(gè)完成的系統(tǒng)。
4.7. 技術(shù)選型
4.7.1. RFID技術(shù)選型
本系統(tǒng)中RFID技術(shù)主要體現(xiàn)在電子標(biāo)簽的唯一標(biāo)識(shí)性，電子標(biāo)簽采用有源方式來實(shí)現(xiàn)，其頻率可在315M/433M/915M/2.4G等頻段。電子標(biāo)簽采用有源方式來實(shí)現(xiàn)，具有良好的防沖突性，數(shù)據(jù)通信速度快，傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。
4.7.2. WSN技術(shù)選型
本系統(tǒng)中WSN主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸，以及人員定位這塊，信號(hào)頻率可選擇315M/433M/915M/2.4G等頻段。目前WSN實(shí)現(xiàn)的主要技術(shù)有zigbee、wifi、Blutooh、UWB等。
4.7.3. 其他選型
433MHz和2.45GHz頻段的RFID產(chǎn)品亦可組成WSN無線傳感網(wǎng)，其具有如下特點(diǎn)：
自主開發(fā)協(xié)議，可擴(kuò)展性強(qiáng)，可對(duì)不同的用戶、不同的應(yīng)用進(jìn)行針對(duì)性開發(fā)；
成本較低：相對(duì)目前行業(yè)內(nèi)所常用的Zigbee來說，其整體成本較低；
低功耗：終端采集節(jié)點(diǎn)和中繼傳輸節(jié)點(diǎn)均可采用電池供電，其待機(jī)電流為0.8uA，
工作電流為35mA，若按照1分鐘發(fā)送一次數(shù)據(jù)來計(jì)算，1100mAh的紐扣電池可用5年；
網(wǎng)絡(luò)智能化管理：所有設(shè)備具有自組網(wǎng)功能、可自動(dòng)選擇最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)路徑、具有網(wǎng)絡(luò)自恢復(fù)功能、網(wǎng)絡(luò)建立時(shí)間短(該時(shí)間用戶可設(shè)定)。與RFID 設(shè)備兼容：當(dāng)RFID讀寫器采用433MHz或2.45GHz時(shí)，其使用的讀寫器和標(biāo)簽可作為WSN的數(shù)據(jù)中心、終端采集節(jié)點(diǎn)和中繼傳輸節(jié)點(diǎn)。另RFID和WSN產(chǎn)品還可選擇我司315MHz、866MHz和915MH頻段下的相關(guān)產(chǎn)品。
5．系統(tǒng)特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)
5.1. 系統(tǒng)特點(diǎn)
采用無線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，無需人工參與布線；
采用標(biāo)簽的唯一ID號(hào)標(biāo)識(shí)人員，且電子標(biāo)簽可根據(jù)不同人員進(jìn)行分類；
RFID與WSN的融合，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集的智能化，以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)目旖莺蛯?shí)時(shí)高效；
電子標(biāo)簽進(jìn)入到定位器區(qū)域，能夠快速建立鏈接，傳輸數(shù)據(jù)，；
系統(tǒng)管理實(shí)現(xiàn)精細(xì)化和智能化。
5.2. 系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)
本系統(tǒng)采用無線傳感節(jié)點(diǎn)作為電子標(biāo)簽，具有廉價(jià)、實(shí)用、防拆的優(yōu)點(diǎn)；
采用低功耗設(shè)計(jì)，采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)的自我能量約束技術(shù)，產(chǎn)品硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅需小量電能即可工作且節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)傳輸模塊的工作狀態(tài)可由數(shù)據(jù)處理中心控制，即數(shù)據(jù)處理中心可控制節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)傳輸模塊的工作時(shí)間長(zhǎng)度和何時(shí)開始工作，終端采集節(jié)點(diǎn)以及定位器使用壽命長(zhǎng)；
數(shù)據(jù)傳輸采用無線網(wǎng)絡(luò)方式，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自組網(wǎng)，無需人工布線。體積小，便于廣泛分布；
可確定事件發(fā)生的位置或采集數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的位置，且受環(huán)境影響小。
6. 其他應(yīng)用領(lǐng)域
煤礦井下作業(yè)人員管理
醫(yī)院嬰兒管理
監(jiān)獄人員管理
敬老院老人管理
家校通管理
7. 硬件設(shè)備選型
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